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Laboratorio de Física

Electricidad y magnetismo

UCSM

PRÁCTICA N° 4

INSTRUMENTACIÓN ELÉCTRICA A. COMPETENCIAS Identifica los diferentes equipos de medida eléctrica, su funcionamiento, los símbolos convencionales, para implementar circuitos eléctricos simples utilizando instrumentos de medición con responsabilidad y seguridad. B. INFORMACIÓN TEÓRICA Para el correcto desarrollo de las practicas virtuales de laboratorio de electricidad y magnetismo es necesario conocer y saber operar los instrumentos de mediciones eléctricas. El empleo de instrumentos de medición eléctrica se hace manifiesto en los circuitos eléctricos. B.1 Instrumentos para mediciones eléctricas Amperímetro

Mide la intensidad de corriente eléctrica que pasa por algún tramo de un circuito eléctrico. Se conecta en serie de tal manera que la corriente pase directamente a través del amperímetro. Presenta resistencia interna pequeña.

Voltímetro

Mide la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de un circuito. Se conecta en paralelo y presenta

Ohmímetro,

Permite medir la resistencia eléctrica, se conecta directamente a los terminales del dispositivo a medir, llamado resistor.

una resistencia interna de gran valor.

Multímetro

Es aquel instrumento que por medio de un dial permite preseleccionar y comportarse como un amperímetro, voltímetro, ohmímetro, medidor de capacitancias, de temperatura, entre otros.

1

Fuente de alimentaci ón Son equipos eléctricos que proporcionan energía eléctrica o suministran la corriente eléctrica a una tensión fija durante el tiempo de, funcionamiento(sumi nist ro). Pueden ser pilas, baterías, transformadores, paneles solares, entre otros. Si el dispositivo permite variar la tensión de manera continua, recibe el nombre de variac. Se encuentran fuentes de corriente continua y fuentes de corriente alterna.

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Electricidad y magnetismo

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UCSM

B.2 Fundamento teórico sobre mediciones en equipos eléctricos Multímetro analógico a) Clase del equipo, La clase del equipo eléctrico incluye todos los tipos de errores posibles Para medidores analógicos existen las siguientes clases: 0.05; 0.1; 0.25; 1; 1.5; 2.5; 5. Equipos en clase menor que 1 son llamados equipos de precisión y los de clase mayor a 1 son equipos de uso común. La precisión de un equipo analógico, se determina usando la siguiente relación: 𝑷𝒓𝒆𝒄𝒊𝒔𝒊ó𝒏 =

𝒄𝒍𝒂𝒔𝒆 𝒙 𝒆𝒔𝒄𝒂𝒍𝒂

(1)

𝟏𝟎𝟎

Si la medida se realiza con un instrumento digital, la precisión está establecida por el fabricante del equipo, la cual servirá para determinar el error en la medición, con la siguiente ecuación. 𝜹𝒙 = 𝒙̅ ± 𝒙% + 𝑵° 𝒅𝒊𝒈𝒊𝒕𝒐𝒔 En un multímetro digital

(2)

Ejemplo.

Se midió una tensión de 50.35 𝑉 en corriente continua con un multímetro que tiene una precisión de ±(1% + 2𝑑𝑖𝑔𝑖𝑡𝑜𝑠 ) . 𝜹𝑽 = ±(𝟎, 𝟓𝟎 + 𝟐 𝒅𝒊𝒈𝒊𝒕𝒐𝒔 ) 𝛿𝑉 = ±0,52 Resultado de la lectura será

𝑉 = 50,35 ± 0,52 𝑉

b) Sensibilidad, La desviación de un instrumento se determina por la intensidad de corriente necesaria para producir una desviación completa de la aguja indicadora a través de la escala.

B.3. El circuito eléctrico y sus componentes Un circuito eléctrico consiste en un conjunto de elementos o dispositivos unidos entre sí, que permiten la circulación de una corriente entre dos puntos, para utilizar la energía eléctrica. Los circuitos eléctricos se componen, generalmente, de los siguientes elementos: 

Un generador de energía.



Un receptor o consumidor de esa energía.



Conductores que transportan la energía.



Elementos de maniobra.



Elementos de protección.

B.4. Instrumentos de medición Son aquellos que nos permiten realizar medidas dentro de los circuitos eléctricos y electrónicos. También hay aquellos que nos permiten ver la forma de onda. Existen una gran variedad, dentro de los principales tenemos el multímetro. El multímetro El multímetro o polímetro es un instrumento que permite medir diferentes magnitudes eléctricas. Así, en general, todos los modelos permiten medir: - Tensión alterna (AC) y continua (DC). - Corriente alterna (AC) y continua (DC). - Resistencia eléctrica.

Fuente de imagen: El multímetro y su manejo http://www.videorockola.com/tutoriales/recomendaciones/el-multimetro-y-su-manejo-2/

B.5 Comparación de un valor experimental con el bibliográfico 

Intervalo de incerteza, Es la región acotada por el error de la medición entorno al valor medido. Cuando el valor bibliográfico se encuentra dentro de la región de incerteza de la medición, se trata de un “error accidental”, en el caso contrario será un “error sistemático”.

𝑋𝑚 − δx



Comparación

porcentual,

𝑋𝑚

Expresa

𝑋𝑚 + δx

una

“diferencia”

o

“discrepancia”

experimental respecto al valor bibliográfico en forma porcentual.

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (%) = |

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜

| 𝑥10

(3 )

B.6 Símbolos convencionales en equipos eléctricos

C. MATERIALES Y ESQUEMA -

Programa de simulación de circuitos eléctricos (TinkerCad)

-

01 placa de prueba (Protoboard)

-

01 Resistencia de 47 Ω

-

01 Multímetro digital.

-

04 Baterías de 1.5 V

D. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Acceda al siguiente link: https://www.tinkercad.com/things/00cPErih77q-terrificmigelojaiks/editel?sharecode=TullAjzKlgDbcy25VdHpIa6cAO1RjIsJh2GUYwV cF2Q 2. Ingresar y registrarse con su cuenta de Google luego a circuitos eléctricos, y hacer clic en crear nuevo circuito eléctrico. 3. En la parte de componentes básicos seleccionar y arrastrar los siguientes instrumentos: placa de pruebas, voltímetro, amperímetro, resistor y batería de 1,5 V. Todos los componentes pueden girarse usando el ícono girar de la esquina superior izquierda

.

4. Al seleccionar cualquier instrumento o dispositivo aparecen opciones para modificar sus propiedades del instrumento que son requeridas por el experimento. 5. Cambie el valor de la resistencia a un valor entre 10 y 100 . Anote el valor seleccionado: R = 75𝛺

6. Armar el circuito del esquema mostrado en la figura 1. 7. Haga clic en iniciar simulación y registre el valor de la intensidad de corriente eléctrica que se muestra en el multímetro digital, anótelo en la tabla 1 y detenga la simulación.

8. Seleccione la batería, cambie el espacio denominado Recuento y escoja “2 baterías”. Vuelva a correr la simulación y coloque en la tabla N°1 los valores del voltaje y la corriente eléctrica del resistor. Tabla 1: Toma de datos Corriente en función del voltaje.

𝑽𝒐𝒍𝒕𝒂𝒋𝒆 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝑩𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂

𝑽𝒐𝒍𝒕𝒂𝒋𝒆 𝒆𝒏 𝒍𝒂 𝑹𝒆𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 (𝑽 )

𝑪𝒐𝒓𝒓𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 ( 𝒎𝑨 )

1,5 V

1. 49

19 .9

3,0 V

2. 96

39 .5

4,5 V

4. 41

58 .8

6,0 V

5. 84

77 .9

E. ANÁLISIS DE DATOS 1. Con los datos de la tabla 1 grafique la intensidad de corriente eléctrica en función del voltaje y obtenga la ecuación de la recta. GRÁFICA DE INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA EN FUNCIÓN DEL VOLTAJE

I=0.0133 V+3.36*10-5

Comentario: La intensidad de corriente depende linealmente del voltaje

2. ¿Cuál es el significado físico de la pendiente obtenida en la gráfica? Gracias al a ley de ohm podemos deducir lo siguiente, primero si nosotros despejamos la fórmula de la siguiente manera: 𝑉 = 𝐼𝑅 𝑉

𝐼= 𝐼=

𝑅 1 𝑅

𝑉

Y luego de despejar lo comparamos con la ecuación de la pendiente nos podremos dar cuenta de que la pendiente es la inversa de la resistencia: y= 𝐵𝑥 + 𝐴

𝐼 = 1𝑉 𝑅

F. COMPARACIÓN Y EVALUACIÓN 1. Compare el valor obtenido mediante la gráfica con el valor de la resistencia indicada en el simulador. 𝐵=

𝑅=

1 � �

=

1 𝑅 1 0.0133

𝑅 = 75.19 𝛺 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (%) = |

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 | 𝑥100% 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (%) = |

75 − 75.19 | 𝑥100% 75

𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (%) = |−2.53 ∗ 10−3|𝑥100% 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (%) = 0.253%

G. CONCLUSIONES 

Los instrumentos para la electrotecnia como el voltímetro, el amperímetro, entre otros; son sumamente necesarios para la creación y manipulación adecuada de circuitos eléctricos, porque sin ellos no podríamos hacer actuar la corriente eléctrica ni tampoco sacar datos de ella, como su intensidad, valores de voltaje, entre otros.



El instrumento mas factible de usar es el multímetro ya que es mas sencillo y se puede ver muchas mas cosas como el voltaje, la intensidad a diferencia de los otros instrumentos.



También podemos concluir que gracias a estos instrumentos podemos calcular sus valores eléctricos, para así poder verificar por ejemplo si una batería está cargada o no.

H. CUESTIONARIO FINAL 1. Complete las siguientes frases: a. Para obtener una medición eléctrica más confiable es preferible usar un instrumento analógico con una clase b. La

resistencia

interna

0.05 ; 0.1 ; 0.25 ; 1 ; 1.5 ; 2.5 ; 5

de

un

voltímetro

mínimamente 10 veces menor que la resistencia _,

y

se

.

ideal

es

conecta

en

paralelo sobre la porción_de un circuito.

c. Los amperímetros se conectan en resistencia interna ideal igual a 0 𝛺

.

series con

un circuito, y tienen una

2. Observe el multímetro de la figura

a) Indique a qué zona del multímetro debe señalar el dial para medir una corriente de 1,5 A DC. Diga también qué bornes (c, d o e) de la figura deben usarse como puntos de conexión. Debe señalar a “F” ya que la zona en la cual se miden amperios en el multímetro es esa. Además, deben usarse los bornes COM(d)y A(c)señalando lo que se quiere medir. b) Indique a qué zona del multímetro debe señalar el dial para medir voltaje de 6 V DC. Diga también qué bornes (c, d o e) de la figura deben usarse como puntos de conexión. Debe señalar a “A” dando a conocer que se desean medir voltios, y los bornes que se encargarán de señalar la medida deseada serán COM(d)y VΩ(e).

3. Midiendo la resistencia eléctrica de cierto resistor con un ohmímetro se obtuvo un valor de 1,00 k. Si este resistor se conecta a una fuente de energía con una tensión de 6,00 V, determine la intensidad de corriente que circula por el resistor.

Aplicamos la ley de Ohm: 𝑉 = 𝐼𝑅 𝐼=

𝐼=

𝑉 𝑅

6,00𝑉 1,00 ∗ 103 

𝐼 = 6,00 ∗ 10−3 𝐴

I. BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL

Auto r Optacia no

Título

Edición

Medicion de resistencias:

Año

2017

Ley de Ohm

Vasquez G. Serw ay

Fisica para ciencias e ingenieria

9na

2015

Edicion – Volumen 2

Tecs a

¿Qué es un multímetro y cómo funciona?

2020